皮带秤控制系统PLC软件设计.docx

皮带秤控制系统PLC软件设计.docx

《皮带秤控制系统PLC软件设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《皮带秤控制系统PLC软件设计.docx（60页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

皮带秤控制系统PLC软件设计

河北理工大学轻工学院

COLLEGEOFLIGHTINDUSTRY,HEBEIPOLYTECHNICUNIVERSITY

毕业设计说明书

论文题目：

皮带秤控制系统PLC软件设计

学生姓名：

赵娜

学

号：

200515221526

专业班级：

05自动化3班

学

部:

信息科学与技术部

指导教师：

王建民教授

2009年06月12日

摘要错误!

未定义书签。

Abstract错误!

未定义书签。

引言错误!

未定义书签。

第一章总体设计方案错误!

未定义书签。

1.1皮带秤的工作原理错误!

未定义书签。

1.2系统的基本功能错误!

未定义书签。

1.3系统的组成错误!

未定义书签。

第二章相关内容简介错误!

未定义书签。

2.1PLC的结构和工作原理错误!

未定义书签。

2.1.1PLC的结构错误!

未定义书签。

2.1.2PLC的工作原理错误!

未定义书签。

2.1.3PLC的分类错误!

未定义书签。

2.2STEP7综述错误!

未定义书签。

2.2.1STEP7的组成9

2.2.2工程创建基本任务和步骤错误!

未定义书签。

2.3S7-300系列PLC简介错误!

未定义书签。

2.3.1西门子PLC的分类：

错误!

未定义书签。

2.3.2S7-300的CPU模块（简称为CPU）错误!

未定义书签。

2.3.3S7-300的组成和功能错误!

未定义书签。

2.3.4S7-300的通讯错误!

未定义书签。

第三章各环节梯形图设计错误!

未定义书签。

3.1PLC主循环程序0B1和初始化程序0B100错误!

未定义书签。

3.2中断程序OB35错误!

未定义书签。

3.3控制输出功能模块FC1和FC101错误!

未定义书签。

3.4PID运算FB1和FB101错误!

未定义书签。

3.5报警功能FC3和FB330

3.6累计功能FC4和FB4错误!

未定义书签。

3.7数据检测FB2和FB102错误!

未定义书签。

3.8测皮重FB5和FB1O5错误!

未定义书签。

3.9标定秤FB6错误!

未定义书签。

3.10运行初始化FC10错误!

未定义书签。

3.11仿真模块FB10和FB11040

第四章模拟仿真错误!

未定义书签。

4.1模拟仿真组态用软件PLCsim错误!

未定义书签。

4.1.1S7-PLCSIM的主要功能错误!

未定义书签

4.1.2S7-PLCSIM的主要组成部分错误!

未定义书签

4.1.3配置过程错误!

未定义书签

4.2模拟组态步骤错误!

未定义书签

结论错误!

未定义书签

谢辞错误!

未定义书签

参考文献错误!

未定义书签

摘要

随着计算机、网络、数据库等相关技术的不断发展和完善，自动化系统得到极大的

完善。

本说明书根据配料生产的特点和要求，介绍了皮带秤S7-300PLC自动配料控制

系统的设计方案及仿真、使用方法。

系统完成了配料系统的设计要求，并对控制系统

的主要控制功能以及结构作了详细的介绍。

而且着重说明了STEP7软件选用、安装、梯

形图程序设计及整体系统的调试等情况。

PLC的应用极大地提高了产品的质量和生产效率，在整个配料行业具有广阔的应用前景。

配料系统在诸多行业的工业生产过程中占有极其重要的地位，配料工序的合理性、

稳定性、准确性以及快速性直接影响到以后各生产环节的顺利进行。

PLC的优点是外部接线简单，内部程序可变，在不改变接线的情况下，可以重新设计程，施工周期短，内部软继电器是寄存器，没有触点，故障率低，寿命长,抗干扰能力强，执行时间短，应用指令多，可实现复杂的控制功能等等•传统继电器的不足之处是有触点系统,故障率高，平均修复时间长，寿命短,功耗大，改变系统功能，将要重新接线，工作量大,容易出错,执行时间长等等。

这就是采用PLC来进行控制的原因。

同时，对PLC的结构、工作原理和分类都做了介绍。

关键字皮带秤；s7-300；pic;配料

Abstract

Withthecomputers,networks,databasesandotherrelatedtechnologiescontinuetodevelopandimprove,theautomationsystemconsummategreat.Inthisthesis,theingredientsproducedinaccordaneewiththecharacteristicsandrequirements,introducedthebeltweigherS7-300PLCautomaticcontrolsystemdesignandsimulation.Thethesiscompletedthesystemdesignrequirementsforingredients,andcontrolsystems,aswellasthemaincontrolstructureindetail.AndhighlightedtheSTEP7softwareselection,installation,ladderprogramminganddebuggingthewholesystemandsoon.

ApplicationofPLCsignificantlyimprovedproductqualityandproductionefficiency,lngredientsinthewholeindustryhasbroadapplicationprospects.Batchingsysteminmanysectorsofindustrialproductionprocessofanextremelyimportantposition,therationalityofprocessingredients,stability,accuracyandspeedafteradirectimpactonthesmoothprogressofproduction.

TheadvantagesofPLCaresimpleexternalwiring,internalprocessvariable,donotchangethewiringinthecircumstances,beincludedinthedesignprocess,ashortworkcycle,theinternalrelayissoftregister,thereisnocontact,lowfailurerate,longlife,anti-jammingability,shortexecutiontime,applicationinstructionsandmorecanbeachievedandsothecomplexityofcontrolfunctions.traditionalrelayinadequacieshavecontactsystems,thehighfailurerate,averagerepairtime,ashorterlife-span,powerconsumption,andchangesystemwillbere-wiring,heavyworkload,pronetoerror,executiontimeandsoon.ThisistheuseofPLCforcontrolreasons.Atthesametime,OfthePLCstructure,workingprincipleandclassificationareintroduced.

Keywordsbeltweigher;s7-300;plc;ingredients

0引言

现今以应用工业计算机、PLC的自动配料技术已广泛应用于耐火、玻璃、水泥、医疗、建材、饲料、炼钢、筑路及包装生产等各种行业中。

以前在这类控制中大多是以继电器，接触器等电器设备来完成每一步的顺序控制，自动化程度低，而且许多地方都需要人来手动完成，不仅工作效率低控制精度也难以提高。

特别是随着现代化生产的不断进步，更是对应用于过程生产中的各种自动化控制系统提出了更高的要求。

配料工序是企业生产工艺过程中的一道非常重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量举足轻重，落后的配料系统不仅效率低而且配料不准，手工操作又将人为因素引入配料环节，使工艺配方难以在生产中实现，严重影响产品质量的稳定及进一步提高，因此实现高精度自动配料对工业企业生产有极为重要的意义。

另外对于一些现有的中小企业，特别是一些中小型的冶金企业由于建设之初的自动

化水平低或者设备已经老化陈旧，造成对资源的浪费，环境的污染，同时也加大了工人的劳动强度。

因此对一些落后的中小企业的自动化改造也是急需解决的问题。

皮带秤是对放置在皮带上并随皮带连续通过的松散物料进行自动称量的衡器。

主要有机械式（常见的为滚轮皮带秤）和电子式两大类。

配料系统一般由多台皮带机组成，系统可以同时控制多台皮带机，进行各种散装物料的连续称量、自动配料和流量控制。

而本设计中的系统控制软件采用PLCE是符合现代化的要求，它具有相当高的可靠性和稳定性。

但是，PLC勺体系结构是封闭的，各PLCT家的硬件体系互不兼容，编

程语言及指令系统也各异，当用户选择了一种PLC产品后，必须选择与其相应的控制规程，并且学习特定的编程语言。

第一章总体设计方案

1.1皮带秤的工作原理

通过产臂上皮带装置及料的重量测定流量，由电磁振动给料机控制给料量，连续计量秤。

优点连续计量，缺点动态计量影响精度。

称重给料机将经过皮带上的物料，通过称重秤架下的称重传感器进行检测重量，以确定皮带上的物料重量；重量信号送入皮带给料机控制器，产生并显示累计量/瞬时量。

给料控制器将该量与设定量进行比较，由控制器输出信号控制变频器，实现定量给料的要求。

可由上位P（机设定各种相关参数，并与PLC实现系统的自动控制。

它可以采用两种运行方式：

自动方式和半自动/手动方式。

图1-1系统控制流程图

1.2系统的基本功能

监控功能：

对皮带称配料过程的瞬时流量、日累计、月累计、年累计等参数进行检测和监视；

画面显示：

通过计算机显示器可显示配料过程中有关控制参数的运行状况，以及显示实时配料曲线和表格；

通讯功能：

工控机与PLC和仪表之间进行可进行双向数据及信息交换；

数据处理：

配料系统可自动对采集的信号进行运算处理，并输出到相应的控制量；

控制功能：

根据操作前相应的设定值，自动控制设备的正常运行，包括PID调节；

报警功能：

上位机以画面方式和声光信号方式对各种参数超限或设备状态异常进行报警。

1.3系统的组成

自动配料系统中，设置上位机进行配料、料流计量控制，建立配料模型，统计打印，下位机采用PLC进行皮带顺序控制、电磁振动给料机变频控制。

皮带输送机用变频器驱动控制，确保系统配料误差＜0.5%。

配料系统由8条皮带秤配料线组成，8台皮带秤分别编号为1#,2#,3#、4#、5#、6#、7#、8#,每台秤上分别输送不同的料。

系统中每台秤均由可编程控制器（PLC）和上位机（主机）实现两级控制。

整个配料混合系统由料仓、混合机、称重模块、电磁振动给料机、放料闸门等装置及控制系统构成。

控制系统采用PLC控制、上位机管理的方式设计。

（1）工业现场

工业现场包括驱动皮带的电动机，皮带秤秤体，称重传感器、控制电振给料机的变频器，料斗料位传感器，各种电磁阀，西门子可编程控制器及其扩展模块等。

PLC采集电机、电磁阀、变频器等有关的控制对象的信息，经过对输入信息的处理，反馈控制监控对象，将信息送入上一级监控机（上位机）。

另一方面接受监控机（上位机）的控制指令，通过对输入和操作指令的分析、判断，进行综合处理，输出控制信号，控制变频系统的工作，完成监控机对监控对象的实际控制。

本系统中，实行一台变频器对一台电振给料机控制。

用PLC输出的数字量信号作为

变频器的控制端输入信号，通过接受PLC的信号控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身工作状态信号；当发生故障时，向PLC及上位机发出报警信号。

变频器对电振给料机的控制具有完善的自我保护和电机保护功能。

为了保证系统的可靠性，应采用较高性能的PLC，选择合适的工业现场应用的数据

采集模块，选用合适的变频器。

（2）控制室

由一台控制计算机（PC）以及打印机、组态软件等组成。

上位PC接受PLC采集的信息，对监控对象进行故障报警以及参数显示，向下属PLC发送控制信息。

在本系统中，

它具有生产工艺流程图显示、电机启动停止控制、变频器工作状态显示、事故报警显示、

图1-2系统结构示意图

第二章相关内容简介

2.1PLC的结构和工作原理

2.1.1PLC的结构

PLC的实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上是与微型计算机相

同的，如下图所示。

图2-1PLC的结构

1.中央处理单元（（CPU）

中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。

它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

2.存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

3.电源

PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

一般交流电压波动在10%--15%范围

内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

4.输入输出元件（I/O模块）

I/O模块是CPU与现场I/O装置或其它外部设备之间的连接部件。

将外部输入信号变换成CPU能接受的信号，或将CPU勺输出信号变换成需要的控制信号去驱动控制对象，

以确保整个系统正常工作。

5.编程器

编程器适用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视，还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。

它通过通讯端口与CPU联系，完成人机对话连接。

6.外部设备

一般PLC都配有盒式录音机、打印机、EPA写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。

2.1.2PLC的工作原理

PLC采用了一种不同于一般计算机的运行方式，即扫描方式。

1.工作过程

2.

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，如下图所示。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

图2-2PLC的工作过程

1）输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

2）用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的

结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而

且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

3）输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时

[11

才是PLC的真正输出。

3.扫描周期

PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示。

一个周期等于自诊断、通讯、

输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间之和。

故障

图2-3PLC的扫描周期

2.1.3PLC的分类

1.小型PLC

小型PLC的I/O点数一般在128点以下，具有体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其它各种特殊功能模块。

它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。

2.中型PLC

中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256—1024点之间。

I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。

它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，

指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。

3.大型PLC

大型PLCI/O点数一般在1024点以上。

大型PLC的软、硬件功能极强，具有极强的自诊断功能；通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。

大型PLC还可以采用三CPU勾成表决式系统，使机器的可靠性更高。

我国市场上流行的有如下几家产品：

1）施耐德公司，包括早期天津仪表厂引进莫迪康公司的产品，目前有QuantumPremiumMomentun等产品；

2）罗克韦尔公司（包括AB公司）PL产品，目前有SLCMicroLogix、ControlLogix等产品；

3）西门子公司的产品，目前有SIMATICS7-400/300/200系列产品；

4）GE公司的产品；

5）日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品，其中使用较多的是三菱公司FX1、

FX2Q等系列产品。

在此，考虑到西门子（Siemens）PLC在中国市场的占有率较高，故选用西门子（Siemens）系列的PLC再考虑到系统本身功能实现的要求（要求响应迅速、精度高），

故选用模块化的S7-300PLC。

2.2STEP7综述

PLC空制软件使用西门子STEP软件开发，STEP是用于SIMATIC可编程逻辑控制器的组态和编程的标准软件包。

STEP冲集成的SIMATIC编程语言和语言表达式符合

EN61131-3或IEC1131-3标准。

标准软件包运行再操作系统Windows下并与Window啲图形对象和面向对象的操作原则相匹配。

标准软件包的功能：

标准软件支持自动任务创建过程的各个阶段。

基于此，本设计选用STEP7V5.1进行程序开发。

使用STEP7软件可对S7—300进行编程。

而且，能简单方便的将S7—300全部功能加以利用。

STEF7包含了自动化项目中从项目的启动、实施到测试以及服务，每一阶

段所需的全部功能

221STEP7的组成

STEP7是用于SIMATICPLC组态和编程的基本软件包。

它包括功能强大、适用于各种自动化项目任务的工具。

使用STEP7可完成一些比较大或比较复杂的应用。

STEP7包括以下组件：

1SIMATIC管理器，用于集中管理所有工具以及自动化项目数据

2程序编辑器，用于以LADFBD和STL语言生成用户程序

3符号编辑器，用于管理全局变量

4硬件组态，用于组态和参数化硬件

5硬件诊断，用于诊断自动化系统的状态

[3]

6NetPro，用于组态MPI和PROFIBU等网络连接

2.2.2工程创建基本任务和步骤

我们先来了解一下STEP7V5.1工程创建的基本任务和基本步骤：

（1）基本任务

当用STEP7仓U建一个自动化解决方案时，有一系列的基本任务。

下图所示为大多数项目需要执行的任务，并把这些任务分配到基本程序中。

它会对我们整个工程的设计起一个基本的指导作用。

图2-4创建一个自动化项目的基本步骤

西门子开发的STEP7是西门子的S7-300系列PLC所用的编程语言，它是一种可运行于通用微机中，在WINDOWS境下进行编程的语言。

将它通过计算机的串行口即可进行相互间的通信。

通过STEP7编程软件，不仅可以非常方便地使用梯形图和语句表等形式进行离线编程，经过编译后通过转接电缆直接送入PLC的内存中执行，而且在调试

运行时，还可以在线监视程序中各个输入输出或状态点的通断状况，甚至进行在线修改程序中变量的值，给调试工作也带来极大的方便。

下面对基本任务做一下简要说明。

1可选步骤

如上图所示，有两个可选步骤：

1.先组态硬件然后编程块。

2.也可以先编程块而不组态硬件。

这种方法建议用于维修和维护工作，例如，集成编程的块到一个已有的项目中。

2各个步骤的简要说明

1.安装及授权

第一次使用STEP7时，要进行安装并将授权从磁盘传至硬盘。

2.设计你的控制器

在使用STEP7之前，设计你的自动化解决方案。

将过程分割为单个的任务以生成

一个组态图表。

3.设计程序结构

使用STEP7中可用的块将你的控制器设计草案中所描述的任务转化为程序结构。

4.启动STEP7

从Windows用户界面启动STEP7。

5.创建一个项目结构

项目就像一个文件夹，所有数据都以分层的结构存于其中，任何时候你都可以使用。

在创建了一个项目之后，所有其它任务都在这个项目下执行。

6.组态一个站

组态一个站就是指定你要使用的可编程控制器；例如，SIMATIC300、SIMATIC400、

SIMATICS5

7.组态硬件

组态硬件就是在组态表中指定你的自动化解决方案所要使用的模板以及在用户程

序中以什么样的地址来访问这些模板。

模板的特性也可以用参数进行赋值。

8.组态网络和通讯连接

通讯的基础是预先组态网络。

为此，要创建一个你的自动化网络所需要的子网，设

置网络特性，设置网络的连接特性以及任何连网的站所需要的通讯连接。

9.定义符号

可以在符号表中定义局域或共享符号，在你的用户程序中用这些更具描述性的符号

名替代绝对地址。

10.创建程序

用一种可供使用的编程语言创建一个与模板相连接或与模板无关的程序并以块、源

文件或图表的形式存储。

本设计中的块、源文件等如下图所示。

□OBI

□0E35

O0E10（

qb

日is»ncam漱

o珈

om

OfE

-y:

n314

qFIIO